圖 2.2 空調(diào)機(jī)運(yùn)作的閉環(huán)控制系統(tǒng) ·18· 第2章 信息知識(shí)與信息處理(2)信息是由控制系統(tǒng)接收和加工 的物質(zhì)特征 狀態(tài)。從信息科學(xué)的 角度來(lái) 看,控制 系 統(tǒng)所接收到的信號(hào)都來(lái)自于某種 或某些 物質(zhì) 的狀態(tài) 特征。例如,空調(diào)機(jī)所感受到的 溫度 就 是大氣的一個(gè)狀態(tài)特征;城市路燈自動(dòng)點(diǎn)亮和熄滅系統(tǒng)所感受到的光線(xiàn)強(qiáng)弱是光的 亮度 特 征;春天種子發(fā)芽是感受到季節(jié) 的特征等?刂葡到y(tǒng) 粗纖維分析儀接收到這些信號(hào)后要能分析出 其中 包 含的物質(zhì)特征,才能做出相應(yīng)的反應(yīng),而這些蘊(yùn)含在信號(hào)中的物質(zhì)狀態(tài)的特征就是信息。 例如,一個(gè)物體在運(yùn)動(dòng),它的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)和狀 態(tài)改 變的 方式可 以被 高速 攝影機(jī) 拍攝 下來(lái), 之后可以處理,還可以重現(xiàn)。產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式的物體(源物體)雖然已經(jīng)離開(kāi)了觀察者, 但是它的信息卻被記錄并被保留起來(lái)。這時(shí),保留下來(lái)的僅僅是信 息,而不是它的源物質(zhì) 本 身。正是由于信息具有這個(gè)特征,精彩的文藝節(jié)目可以被復(fù)制下來(lái) 供人們 反復(fù)欣賞,太空 的 奇觀可以被拍攝下來(lái)供人們仔細(xì) 研究等。由于物質(zhì)的狀態(tài)具有一定的可能的狀 態(tài)數(shù),因 此 它決定了信息可以達(dá)到的信息量(信息的 容量)。 例如,電燈 的狀 態(tài)只 有兩種:開(kāi) 和關(guān),因 此 有關(guān)信息的可能狀態(tài)也只有兩種;人的性別只有兩種:男和女,因 此有關(guān)性別的信息 也只 有 兩種。同理,可以認(rèn)為控制系統(tǒng)所傳遞出的 輸出信號(hào)中也包含 著一 定的 物質(zhì)狀 態(tài)特 征———信 息,它反過(guò)來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)的環(huán)境產(chǎn)生影響。
因此,控制系統(tǒng)對(duì)外 界環(huán)境 進(jìn)行感受和反應(yīng)的 過(guò) 程都與一定物質(zhì)的某一狀態(tài)特征有關(guān),即是與信息有關(guān)。可以說(shuō),信息 的傳遞是通過(guò)對(duì)信 息 形式的物質(zhì)特征的狀態(tài)進(jìn)行接收、保存、加工、轉(zhuǎn)換和輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)控制系統(tǒng)接收、感受和體會(huì)到 信息 的內(nèi)容時(shí),信息 才發(fā)生作用。但 對(duì)于同 一條 信息, 不同的控制系統(tǒng),所感受到的具體內(nèi)容及信息對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的作用都 有差異,這將由控制系 統(tǒng) 自身的特點(diǎn)決定。 例如,根據(jù)天空的情況,普通市民可 以確定 天氣 情況 是多云 還是 晴朗,從 而決定 穿衣 和 出行;對(duì)于農(nóng)民則可能成為安排農(nóng)活的依據(jù);對(duì)于幼兒則可能意味著 是否可以 出外玩耍。 樹(shù) 墩上的年輪表現(xiàn)了樹(shù)木生長(zhǎng)的年齡、規(guī)律和特征方面的信息,但 只有在 人們通過(guò)某棵樹(shù)的 年 輪認(rèn)識(shí)樹(shù)的生長(zhǎng)年齡時(shí),年輪中所含有的信息才發(fā)揮作用。同樣,海潮 的漲落體現(xiàn)了月亮 繞 地球運(yùn)行規(guī)律的信息;樹(shù)葉發(fā)芽和凋落包含了季節(jié)變化的信息等,它們 也只在被人或其他 動(dòng) 植物感受時(shí)才成為信息。 當(dāng)然,同樣一個(gè)概念,人們基于不同的研究目的和關(guān)注層面,所 得到的 認(rèn)識(shí)不同,本書(shū) 所 談的信息是從信息科學(xué)的角度來(lái)看,因此它是一種由控制系統(tǒng)接收和加工的物質(zhì)特 征的 狀 態(tài)。只要有物質(zhì)的地方,就一定有信息存 在,而信息又必 須以某種方式加 以組織 或表 述;否 則它就永遠(yuǎn)只能是純本體性的。信息有三個(gè)基本點(diǎn),即信源、信宿和 載體。發(fā)出信息的物 體 為信源,接受信息的物體為信宿,載有信息的載體為信息載體。 從記錄的角度來(lái)看,信息可以包含在任何 事物之中。信息必須有某種“運(yùn)載工 具”來(lái) 載 運(yùn)并具備可識(shí)別性,即它可以從背景中區(qū)別出來(lái)。信息以物質(zhì)為載 體和媒 介,信息之間相 互 通過(guò)物質(zhì)來(lái)表現(xiàn)。信息是物質(zhì)間存在的標(biāo)志,是物質(zhì)自身顯示自身。信息 的產(chǎn)生源于物質(zhì), 2.1 信息的概念與類(lèi)型 ·19·信息產(chǎn)生后必須依附于物質(zhì)。信息一經(jīng)產(chǎn)生必定要被接受并記載下 來(lái),無(wú) 論是人腦的記錄, 還是其他形態(tài)的記載,載體都是物質(zhì)的。
物與物之間的信息傳播依 賴(lài)于物 質(zhì)間的相互作用, 若物質(zhì)之間無(wú)相互作用(實(shí)際上是不可能的,這已被物理學(xué)證明),那么物體之間的信息傳 播 就根本不可能。例如,在進(jìn)行田徑比賽時(shí),運(yùn) 動(dòng)員聽(tīng)到信 號(hào)槍響后開(kāi)始起 跑,這其中 的信 息 是可以起跑了,但信息的載體是 聲音。又 如,出外旅游時(shí),通 常會(huì) 借助地 圖幫 助自己 確定 行 程,這時(shí)有關(guān)的信息主要通過(guò)地圖上的圖形和文字來(lái)表達(dá)。 2.1.2 信息的類(lèi)型 我們生活在一個(gè)信息化社會(huì)里,信息雖然多不勝數(shù),但并不是雜 亂無(wú)章的。根據(jù)不同 目 的,可以根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息進(jìn)行分類(lèi)。當(dāng)然分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不同,所 劃分出的信息類(lèi)型 也 不一樣。 1.根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過(guò)程進(jìn)行分類(lèi) 根據(jù)控制系統(tǒng)獲取、處理和輸出信息的過(guò)程,可以將信息分為外 部信息與 內(nèi)部信息。 外 部信息是存在于某一控制系統(tǒng)外的信息,即輸入信息和輸出信息;內(nèi)部 信息則是存在于某 一 控制系統(tǒng)內(nèi)部的信息,即控制信息等。由于控制系統(tǒng)的范圍大小不 同,某一控制系統(tǒng)可能 是 另一控制系統(tǒng)的組成部分,因此對(duì)于它所屬的系統(tǒng)而言,這一控 制系統(tǒng) 的外部信息可能成 為 內(nèi)部信息,即所謂內(nèi)部信息和外部信息是相對(duì)的,而不是絕對(duì)的,如圖 2.3所示。 圖 2.3 外部信息和內(nèi)容信息 例如,對(duì)于空調(diào)機(jī)來(lái)說(shuō),室外空氣的 溫度和 輸出 空氣 的溫度 中所 含的 信息是 外部 信息, 而空調(diào)機(jī)的感應(yīng)器根據(jù)外部溫度發(fā)送給受控設(shè)備的控制信號(hào)中所包 含的則是 內(nèi)部信息。 上 課時(shí),同學(xué)們聽(tīng)到“起立”的命令會(huì) 全體 起立這 個(gè)過(guò) 程中,“起立”命 令所 含有 的信息 對(duì)于 人 來(lái)說(shuō)是外部信息,它通過(guò)人的耳接收到后,在聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)、大腦 中產(chǎn)生的信息對(duì)人 來(lái)說(shuō) 則 是內(nèi)部信息。 2.根據(jù)信息的產(chǎn)生方式進(jìn)行分類(lèi) 根據(jù)信息產(chǎn)生方式可以將信息分為自然信息和約定信息。 自然信 息是由物質(zhì)活動(dòng)本 身 特征帶來(lái)的信息,即由物質(zhì)活動(dòng)特點(diǎn)產(chǎn)生的信息;約定信息則是 由發(fā)送 和接受它的各個(gè)控 制 系統(tǒng)之間共同約定的,與本身物 質(zhì)特點(diǎn)沒(méi)有太大 關(guān)系的信息。人 們對(duì)于自然信息的 理解 來(lái) ·20· 第2章 信息知識(shí)與信息處理自于長(zhǎng)時(shí)間對(duì)自然信息內(nèi)容和作用的認(rèn)識(shí)和積累,對(duì)于約定信息的理解則來(lái)自于人 們最 初 的約定。例如,自然界中的陰晴圓缺、潮起潮落、花開(kāi)花落、刮風(fēng) 下雨等 自然現(xiàn)象都屬于自 然 信息;人的高矮胖瘦、男女性別也是自然信息。人們通過(guò) 多年對(duì)于這些接 觸,體會(huì)了 這些 信 息產(chǎn)生的作用,才逐漸對(duì)這些信息有了認(rèn)識(shí)。例如,城市里的交 通燈帶 給人們的信息是約 定 信息。人們?cè)谑褂媒煌糁熬鸵?guī)定“綠燈行,紅燈!,因此當(dāng)行人和司機(jī)看到紅綠燈信 號(hào) 時(shí),才能明白其中所含的信息。又如,學(xué)校里上課的鈴聲也是一種約 定信息。不同學(xué)? 以 規(guī)定用不同的鈴聲表示上課、下課,當(dāng)學(xué)生和老師聽(tīng)到這些聲音時(shí),它們就知道是上 課了 還 是下課了。 3.根據(jù)信息的接收器官進(jìn)行分類(lèi) 控制系統(tǒng)在接收信息時(shí),會(huì)使用 不同 的器官 來(lái)感 受和接 收信 息,因此,根 據(jù)不同 的信 息 接收器官可以將信息分為視覺(jué)信息、聽(tīng)覺(jué)信息、嗅覺(jué)信息、觸覺(jué)信息和味 覺(jué)信息。
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